一种用于增强水下声散射特性的角反射装置

本发明属于声学，具体涉及一种用于增强水下声散射特性的角反射装置。

背景技术：

1、常规水下角反射器通常由多个反射面组成，例如图1，常规水下角反射器由反射面1和反射面2对接形成的。反射面材料一般为单层金属薄板，如金属如钢、铜等，声阻抗特性与水特性不相配，声阻抗特性优异，但金属薄板的透声性较好，声反射性能较差，在水下的回波目标强度较低，并且具有很明显的弹性特征。为满足目标回波强度，反射面需要较大面积与厚度，使得角反射器质量与体积较大，若金属角反射器反射面积与厚度受到限制，则会导致目标回波强度值较小，散射稳定性差，较难实现大规模应用。

2、为提升水下角反射器的声反射性能，根据声阻抗失配原则，角反射器材料的声阻抗特性与水的声阻抗特性差异越大，角反射器的反声性能越优异，使声反射系数尽可能接近于1，使声波尽可能无损反射。国内陈鑫等利用空气和水的特性阻抗严重失配，提出了一种水下空气腔角反射器，与单层金属板角反射器相比，空气腔角反射器具有良好的反声性能，并且没有明显的频率特性，散射特性类似于刚性角反射器，是一种理想的水下角反射器；学者罗祎等提出了一种泡沫夹层水下角反射器，但由于泡沫层声阻抗特性较小，无法大幅改善水下角反射器反声性能。常压条件下，水介质的密度和声速远大于空气，空气的声特性阻抗很小，其声阻抗特性与水严重失配，但把空气层做成独立的反声材料十分困难，国内学者使用橡胶包裹金属构造空气层，但橡胶透声性好，无法实现较高的反声系数，并且加工过程较为复杂，效费比较高。

技术实现思路

1、本发明提供一种增强水下声散射特性的角反射装置，能够解决现有技术中水下角反射体需满足钢质条件并具有较大反射面积，会使质量与体积较大，且现有水下角反射器通常为一体装置，不利于保存、使用与布放，更不利于拖曳等水下作业方式，无法满足实际工程应用；若反射面面积小、不满足钢质条件，则会导致目标回波强度值较小，散射稳定性差，较难实现大规模应用的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、本发明实施例提供一种用于增强水下声散射特性的角反射装置，其包括3个水下角反射器，每个水下角反射器作为一个单元，可进行模块化组装，可根据任务需求或使用需求任意组装成为各种形状和不同反射面积的角反射器，3个水下角反射器的基础形状为三面三角形角反射器，也可根据设计需求进行更改，技术条件一致；

4、每个水下角反射器包括第一金属板、第二金属板、以及位于所述第一金属板和所述第二金属板之间的密闭腔体；所述第一金属板和所述第二金属板的厚度均为2mm，所述密闭腔体的厚度为10mm，所述密闭腔体的内部气压在实际工况下为0.06pa。优选地，所述密闭腔体的内部气压理想状态为真空。

5、根据本发明一优选实施例，每个水下角反射器为直角三角形结构。

6、根据本发明一优选实施例，每个水下角反射器的第一金属板上设置有抽气阀芯。

7、根据本发明一优选实施例，所述抽气阀芯上设置有开关和气压表。

8、根据本发明一优选实施例，所述第一金属板和所述第二金属板的材料须相同，为声阻抗特性良好的材料，可为铁、钢、铜、铬、镍、钼和钛中的一种材料。

9、根据本发明一优选实施例，在三面三角形角反射器内，每个水下角反射器的质量为3.9kg，整体角反射装置的质量为11.7kg，可根据此方案进行多面、多角优化。

10、根据本发明一优选实施例，3个水下角反射器结构和尺寸均相同，均为等腰直角三角形结构。

11、根据本发明一优选实施例，所述密闭腔体的形状、角反射器组合形状、腔体内部反声材料的选择可根据声散射特性需求进行更改优化。

12、有益效果：本发明公开了一种用于增强水下声散射特性的角反射装置，该角反射装置包括3个水下角反射器，每个水下角反射器均为直角三角形结构，且3个水下角反射器形成三角锥面结构的三个侧面；每个水下角反射器包括第一金属板、第二金属板、以及位于第一金属板和第二金属板之间的密闭腔体；第一金属板和第二金属板的厚度为2mm，密闭腔体的厚度为10mm，密闭腔体的内部气压在实际工况下为0.06pa。由于密闭腔体为0.06pa负压状态，与现有技术中的刚性条件下单层钢质三面角反射器相比，本发明的角反射装置目标强度值特性曲线变化规律基本一致，目标强度值在全入射角范围内大于刚性条件三面角反射器，散射宽度也更为优异，验证了该角反射装置的结构设计对刚性角反射器声散射特性改善效果好，在相同反射面积下，具有密闭腔体的角反射装置散射强度大，无明显的频率特性，去耦作用明显，目标回波强度值可增大2db，并具有更优异的散射稳定性，整体质量减小约20kg，具有较强的工程实用性，证明具有密闭腔体的角反射装置是理想的水下反声装置。具有密闭腔体的角反射装置在优化反射材料的基础上，进行了组合式设计，每个腔体作为独立模块存在，可根据实际使用条件，设计不同的角反射器支架，将反射腔体进行任务化组装。可根据实际使用需求，进行模块化组装，实现不同反射形状和反射面积的应用，且单腔体模块化结构极大的改善了实际使用质量，极大的提高了工程应用性。

技术特征：

1.一种用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，包括3个水下角反射器，每个水下角反射器作为一个单元，可进行模块化组装，可根据任务需求或使用需求任意组装成为各种形状和不同反射面积的角反射器，3个水下角反射器的基础形状为三面三角形角反射器，也可根据设计需求进行更改，技术条件一致；

2.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，每个水下角反射器为直角三角形结构。

3.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，每个水下角反射器的第一金属板上设置有抽气阀芯。

4.根据权利要求3所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，所述抽气阀芯上设置有开关和气压表。

5.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，所述第一金属板和所述第二金属板的材料须相同，为声阻抗特性良好的材料，可为铁、钢、铜、铬、镍、钼和钛中的一种材料。

6.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，在三面三角形角反射器内，每个水下角反射器的质量为3.9kg，整体角反射装置的质量为11.7kg，可根据此方案进行多面、多角优化。

7.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，3个水下角反射器结构和尺寸均相同，均为等腰直角三角形结构。

8.根据权利要求1所述的用于增强水下声散射特性的角反射装置，其特征在于，所述密闭腔体的形状、角反射器组合形状、腔体内部反声材料的选择可根据声散射特性需求进行更改优化。

技术总结本发明公开了一种用于增强水下声散射特性的角反射装置，该角反射装置包括3个水下角反射器，每个水下角反射器包括第一金属板、第二金属板、以及位于第一金属板和第二金属板之间的密闭腔体；第一金属板和第二金属板的厚度为2mm，密闭腔体的厚度为10mm，对密闭腔体进行抽气，至内部达到或接近真空状态；与现有技术中的刚性条件下单层钢质三面角反射器相比，本发明的角反射装置目标强度值在全入射角范围内的散射宽度更为优异，声散射特性改善效果好；在相同反射面积下，具有密闭腔体的角反射装置散射强度大，无明显的频率特性，去耦作用明显，目标回波强度值可增大2dB，并具有更优异的散射稳定性，整体质量减小约20kg，具有较强的工程实用性。技术研发人员：谢涛涛,肖大为,张景卓,姬庆受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29